螺纹连接强度计算课件

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1、第六章第六章 螺纹联接螺纹联接60 螺螺 纹纹 第二篇第二篇 联联 接接如如用用一一个个三三角角形形K沿沿螺螺旋旋线线运运动动并并使使K平平面面始始终终通通过过圆圆柱柱体体轴轴线线YY-这这样样就就构构成成了了三三角角形形螺螺纹纹。同同样样改改变变平平面面图图形形K，可可得得到到矩矩形形、梯形、锯齿形、管螺纹梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成一、螺纹的形成按牙型按牙型: : 三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹按位置：按位置： 内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱孔的

2、外表面形成的螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹：三角形螺纹： 粗牙螺纹粗牙螺纹用于紧固件用于紧固件 细细牙牙螺螺纹纹同同样样的的公公称称直直径径下下，螺螺距距最最小小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：根据螺旋线绕行方向： 左旋左旋如图如图 右旋右旋常用常用根据螺旋线头数：根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多线螺纹（n2n2）用于传动用于传动二、螺纹的类型二、螺纹的类型1）外径（大径）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱与外螺

3、纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径面直径，亦称公称直径2）内径（小径）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径面直径3）中径）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，面的直径，d20.5(d+d1)三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数4）螺）螺 距距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离的轴向距离5）导程（）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线线 上的对应两点间的轴向距离

4、上的对应两点间的轴向距离6）线）线 数数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：S=nP 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角线轴线的平面的夹角8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角61 螺纹联接的类型及螺纹联接件螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接

5、、螺栓联接a) 普通螺栓联接普通螺栓联接(受拉螺栓连接受拉螺栓连接)被联接件不太厚，螺杆被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。较广。b) 精密螺栓联接精密螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)装配后无间装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接联接2 2、双头螺柱联

6、接、双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。联接件中拧出。3 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小不需螺母，适于受载较小情况情况特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接4

7、4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩位置。可传递不大的轴向力或扭矩。二、螺纹联接件二、螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角六角头，小六角头，标准六角头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母螺纹部分直径较小螺母4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端

8、端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接接触触面面积积大大、不不伤伤零零件件表表面面，用用于于顶顶紧紧硬硬度度较较大大的平面，适于经常拆卸的平面，适于经常拆卸 圆圆柱柱端端压压入入轴轴上上凹凹抗抗中中，适适于于紧紧定定空空心心轴轴上上零零件件的的位位置置轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板3 3）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要求全螺纹要求全螺纹5 5）螺母）螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴应用时带翅垫圈内舌嵌入轴

9、槽中，外舌嵌入圆螺母的槽槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧内，螺母即被锁紧6 6）垫圈）垫圈62 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 一、预紧一、预紧预紧目的预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。大刚性等。增大刚性增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力预紧力F预先轴向作用力（拉力）预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只承受外载时才受在装配时不拧紧，只承受外载时才受

10、到力的作用到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力先受力，预紧力FF预紧过紧预紧过紧拧紧力拧紧力F过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松过松拧紧力拧紧力F过小，工作不可靠过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FtL, 拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接

11、不宜小于重要的联接不宜小于M10M14预紧力预紧力FF的控制：的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图测出预紧力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧受时，弹簧受压将自动打滑，如右图压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 二、螺纹防松二、螺纹防松 1 1、防松目的、防松目的实实际际工工作作中中，外外载载荷荷有有振振动动、变变化化、材材料料高高温温蠕蠕变变等等会会造造成成摩摩擦擦力力减减少少，螺螺纹纹副副中中正正压压力力在在某某一一瞬瞬间间消消失失、摩摩擦擦力力为为零零，从从而而使使螺螺纹纹联联接接松松动

12、动，如如经经反反复复作作用用，螺螺纹纹联联接接就就会会松松驰驰而而失失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 2 2、防松原理、防松原理消消除除（或或限限制制）螺螺纹纹副副之之间间的的相相对对运运动动，或或增增大大相相对对运运动的难度。动的难度。3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、双螺母、弹簧垫圈弹簧垫圈、尼、尼龙垫圈、自锁螺母等龙垫圈、自锁螺母等 弹簧垫圈弹簧垫圈自自锁锁螺螺母母螺螺母母一一端端做做成成非非圆圆形形收收口口或或开开峰峰后后径径面面收收口口，螺螺母母拧拧紧紧后后收收口口涨涨

13、开开，利利用用收收口口的的弹弹力力使使旋旋合螺纹间压紧合螺纹间压紧2 2）机械防松：）机械防松： 开开槽槽螺螺母母与与开开口口销销，圆圆螺螺母母与与止止动动垫垫圈圈，弹弹簧簧垫垫片片，轴轴用用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3 3）永久防松：端铆、冲点、点焊）永久防松：端铆、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销圆螺母圆螺母与止动垫圈与止动垫圈串联钢丝串联钢丝63 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。方法，则

14、失效形式是设计计算依据和出发点。1 1、失效形式、失效形式受拉螺栓受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断静载荷螺栓联接：静载荷螺栓联接：静载荷螺栓联接：多数为疲劳失效静载荷螺栓联接：多数为疲劳失效 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的拉伸强度受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的拉伸强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 2 2、设计计算准则与思路、设计计算准则与思路、松螺栓联接、松螺栓联接如如吊吊钩钩螺螺栓栓，工工作作前前不

15、不拧拧紧紧，无无FF，只有工作载荷只有工作载荷F F起拉伸作用起拉伸作用强度条件为：强度条件为：验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mmmm）许用拉应力许用拉应力 N/mm2 (MPa) N/mm2 (MPa) 1、受拉螺栓联接、受拉螺栓联接、紧螺栓联接、紧螺栓联接工作前有预紧力工作前有预紧力工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：作用下：预紧力预紧力产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态:接第四强度理论：接第四强度理论： 强度条件为：强度条件为： 式中：式中：F 预紧力（预紧力（

16、N） 1.31.3系系数数将将外外载载荷荷提提高高30%30%，以以考考虑虑螺螺纹纹力力矩矩对对螺螺栓栓联联接接强强度度的的影影响响，这这样样把把拉拉扭扭的的复复合合应应力力状状态态简简化化为为纯纯拉拉伸伸来来处处理理，大大大大简简化化了了计计算算手手续，故又称简化计算法续，故又称简化计算法 （1 1）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 特特点点：杆杆孔孔间间有有间间隙隙，靠靠拧拧紧紧的的正正压压力力( (F) )产产生生摩摩擦擦力力来来传传递递外外载载荷荷，保保证证联联接接可可靠靠( (不不产产生生相相对对滑滑移移) )

17、的的条件为：条件为： us 接缝面间的摩擦系数接缝面间的摩擦系数 m接缝界面数目接缝界面数目 Kf防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数） Kf=1.11.3 强度条件验算公式：强度条件验算公式： 设计公式：设计公式： 分分析析：由由上上式式可可知知，当当u us s=0.2,m=1,K=0.2,m=1,Kf f=1=1则则F=5FF=5FR R，说说明明这这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：可采用如下减载装置： a

18、) a)减载销减载销 b) b)减载套筒减载套筒 c) c)减载键减载键（2 2）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有FF；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：解决问题： a) a) 保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，F=F=？ b) b) 工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷， F F0 0= =？ 分析：分析： 图图1 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 图

19、，拧紧图，拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘压压2F 栓杆栓杆 拉拉 1 FF 图图3 3，加载，加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 残余预紧力残余预紧力 总载总载 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图单个紧螺栓联接受力变形图拧紧螺母时拧紧螺母时, ,螺栓与被联接件的力与变形螺栓与被联接件的力与变形将上两图合并：将上两图合并：从图线可看出，螺栓受工作载荷从图线可看出，螺栓受工作载荷F F时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷

20、： 变形协调条件：变形协调条件： 凸缘凸缘压力减量压力减量 变形缩小变形缩小 栓杆栓杆拉力增量拉力增量 变形放大变形放大 变形协调条件变形协调条件 由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺栓刚度： 被联接件刚度：被联接件刚度： 静力平衡条件：静力平衡条件： 对残余预紧力对残余预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使的取法的取法: : F =（1.51.81.51.8）FF有密封要求有密封要求 一般联接一般联接 F =（0.20.6）F 载荷稳定载荷稳定 F =（0.61.0）F 载荷不稳定载荷不稳定 FF 地脚螺栓联接地脚螺栓联接 称螺栓相对于联接的刚

21、度，称螺栓的相对刚度称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷部分工作载荷 讨论：讨论： ） 最不利的情况最不利的情况 ） 最理想的情况最理想的情况 ）不允许的情况）不允许的情况有缝隙存在，漏气有缝隙存在，漏气 ）降低螺栓受力的措施：）降低螺栓受力的措施： a) a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b) b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度 ）为联接紧密、不漏气，要求）为联接紧密、不漏气，要求 6 6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a a）轴向静力

22、紧螺栓联接强度计算）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力静力F不变不变，F0为静力，但考虑补充拧紧为静力，但考虑补充拧紧防断防断 强度条件验算公式：强度条件验算公式： 设计公式：设计公式： b b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由分析：当工作载荷，由0F 螺栓总载，由螺栓总载，由FF0当验算不满足时当验算不满足时措施：措施：b) b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、制造、C C2 2CC1 1，适当提高，适当提高FF等综合措施等综合措施a)二、受剪螺栓联接二、受剪螺栓联接防滑动防滑动

23、特特点点：螺螺杆杆与与孔孔间间紧紧密密配配合合，无无间间隙隙，由由光光杆杆直直接接承承受受挤挤压压和和剪切来传递外载荷剪切来传递外载荷R R进行工作进行工作螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： ，FS 横向载荷（横向载荷（N） d螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mm） hmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示），如图所示螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MPaMPa，螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰铰制制孔孔螺螺栓栓

24、能能承承受受较较大大的的横横向向载载荷荷，但但被被加加工工件件孔孔壁壁加加工工精度较高，成本较高精度较高，成本较高三、螺栓材料三、螺栓材料1 1、材料、材料 螺母、螺栓强度级别：螺母、螺栓强度级别： 1 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2 2）所依据机械性能为抗拉强度极限）所依据机械性能为抗拉强度极限Bmin和屈服极限和屈服极限Smin 螺栓级别螺栓级别: : 带点数字表示带点数字表示 ， 点前数字为点前数字为点后数字为点后数字为螺母级别螺母级别: : 注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对

25、螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 64 螺栓组联接的设计与受力分析螺栓组联接的设计与受力分析 工工程程中中螺螺栓栓皆皆成成组组使使用用，单单个个使使用用极极少少。因因此此，必必须须研研究究栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓组联接设计的顺序螺栓组联接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设选布局、定数目、力分析、设计尺寸计尺寸 一、结构设计原则一、结构设计原则 1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合、布局要尽量对称分布，栓组中

26、心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均 3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆4、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直

27、）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接）钩头螺栓联接防偏载措施：防偏载措施：a）凸合；）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片）斜垫片 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求受力最大载荷的螺栓前提（假设）：前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受轴向载荷螺栓组联接、受轴向载荷螺栓组联接 单

28、个螺栓工作载荷为：单个螺栓工作载荷为： F=Fa/Z Fa轴向外载轴向外载 Z螺栓个数螺栓个数 (受拉螺栓受拉螺栓) 2、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接特特点点：普普通通螺螺栓栓，铰铰制制孔孔用用螺螺栓栓皆皆可可用用，外外载载垂垂直直于于螺螺栓栓轴线、防滑轴线、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作用铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。受横向载荷剪切、挤压作用。单单个个螺螺栓栓所所承承受受的的横横向向载载荷荷相相等等 FS=FR/Z(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺栓) 3、受横向扭矩螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接 （1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷）圆

29、形接合面：单个螺栓所受横向载荷 （2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓联接普通螺栓联接 由静平衡条件由静平衡条件则各个螺栓所需的预紧力为则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑动的条件为：联接件不产生相对滑动的条件为：(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺栓) b)铰制孔螺栓联接组铰制孔螺栓联接组 由变形协调条件可知，各个由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比由假设由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比应

30、变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 由静平衡条件由静平衡条件4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 特特点点：M在在铅铅直直平平面面内内，绕绕O-O回回转转，只只能能用用普普通通螺螺栓栓，取取板板为为受受力力对对象象，由静平衡条件由静平衡条件 设单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为Fi (受拉螺栓受拉螺栓) 螺栓杆不拉断的条件螺栓杆不拉断的条件 设计公式设计公式 验算公式验算公式 右侧不压溃条件（被联接件）右侧不压溃条件（被联接件） F 作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 M作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 左侧不开缝的条件左侧不

31、开缝的条件 若受有横向载荷若受有横向载荷FH，板不滑动条件为：，板不滑动条件为： 实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可说说明明：工工程程中中受受力力情情况况很很复复杂杂，但但均均可可转转化化为为四四种种典典型型情

32、情况况进行解决。进行解决。 计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用 取转轴不同，公式计算精度不同。取转轴不同，公式计算精度不同。 总设计思路：总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个按最大载荷的单个螺栓设计（求螺栓设计（求d1标准）标准）全组采用同样尺寸螺栓全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）（互换的目的） 65 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联

33、接强度的措施影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分其余各圈依次递减

34、，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。母，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 a) 悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜二、降低螺栓应力幅二、降低螺栓应力幅 1、降低螺栓刚性、降低螺栓刚性 抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 2、增大凸缘刚性、增大凸缘刚性 提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁提

35、高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3、同时使用、同时使用C1,C2同时适当增加同时适当增加F理想方法理想方法 三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角(图图1) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸载槽，）卸载槽，(图图2) 4）卸载过渡结构。（图）卸载过渡结构。（图3） 四、采用合理的制造工艺四、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷冷作作硬硬化化，表表层层有有残残余余应应力力（压压）、氰氰化化、氮氮化化、喷喷丸丸等等可提高疲劳强度可提高疲劳强度3）热热处

36、处理理后后再再进进行行滚滚压压螺螺纹纹，效效果果更更佳佳，强强度度提提高高70100 %，此法具有优质、高产、低消耗功能，此法具有优质、高产、低消耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差）控制单个螺距误差和螺距累积误差66 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应用、应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动或的。它主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动或动力。动力。 2、传动形式：、传动形式： a)螺杆转螺母移螺杆转螺母移 b)螺

37、杆又转又移（螺母固定）螺杆又转又移（螺母固定）用得多用得多 c) 螺母转螺杆移螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）螺母又转又移（螺杆固定）用得少用得少 图图.按用途分三类：按用途分三类： 1）传力螺旋）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋）传导螺旋机床进给丝杠机床进给丝杠传递运动和动力传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点：是受力较小且不

38、经常转动特点：是受力较小且不经常转动 3、螺旋传动类型、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦性质分：螺旋传动按摩擦性质分： 1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺缺 点点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低）传动精度低2、滚动螺旋传动、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装

39、填在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种内循环、外循环两种 特特点点：传传动动效效率率高高（可可达达90%），起起动动力力矩矩小小，传传动动灵灵活活平平稳稳，低低速速不不爬爬行行，同同步步性性好好，定定位位精精度度高高，正正逆逆运动效率相同，可实现逆传动。运动效率相同，可实现逆传动。 缺缺点点：不不自自锁锁，需需附附加加自自锁锁装装置置，抗抗振振性性差差，结结构构复复杂杂，制造工艺要求高，成本较高。制造工艺

40、要求高，成本较高。 3、静压螺旋、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封）精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中，需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构进给和分度机构 二、滑

41、动螺旋的设计计算二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料、结构与材料 千斤顶典型结构千斤顶典型结构 2、耐磨性计算、耐磨性计算 滑滑动动螺螺旋旋中中磨磨损损是是最最主主要要的的一一种种失失效效形形式式，它它会会引引起起传传动动精精度度下下降降，空空间大，并使强度下降。间大，并使强度下降。 磨磨损损的的影影响响因因素素：工工作作面面的的比比压压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所所以以耐耐磨磨性性计计算算主主要要限限制制螺螺纹纹工工作作面上比压面上比压P要求小于材料的许用比压要求小于材料的许用比压当速度相同时，比压大，磨损量大当速度相同时，比压大，磨损量大比压小时

42、，润滑油不被挤出，易形成油膜润滑比压小时，润滑油不被挤出，易形成油膜润滑耐磨性条件：耐磨性条件： 设计公式：设计公式： 2、自锁性验算、自锁性验算 3、螺杆的强度计算、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）与扭矩螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）与扭矩T的的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用按弯扭复合强度条件计算按弯扭复合强度条件计算第四强度理论第四强度理论 4、螺母的螺纹牙强度计算、螺母的螺纹牙强度计算 由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺

43、母一圈螺纹沿螺纹大径处展牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用作用在中径在中径d2的圆周上。的圆周上。 螺纹牙底（剖面螺纹牙底（剖面 ）的剪切强的剪切强度条件为：度条件为：螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：5、螺杆的稳定性计算、螺杆的稳定性计算当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临小于其临界压力界压力cn螺杆稳定许用安全系数螺杆稳定许用安全系数 传导螺旋传导螺旋n =2.54.0；传力螺旋传力螺旋n =3.55.0；精密螺杆或水平螺杆精密螺杆或水平螺杆 n 4